医用药剂中可见异物自动化检测研究

针对 国内人工药品检测 的低效率 、低准确率的不 足【， 本文研究 了一套对 医用药剂 中可见异物智能视 觉检测 自动化系统 ， 此系统是针对 口服液、 输液瓶等液 体药品检测的全 自动在线装置 ，可以在线检测玻璃碎 屑、 铝屑 、 橡皮屑、 毛发 、 纤维等异物 ， 还可 以检测瓶体 本身的破损以及瓶子的封装质量等，自动剔除不合格
品。
标准 均匀统 一 ， 绝 了不 合格 产 品进人 市场 流通 。 杜
该系统主要包括机械传动模块 、 电气控制模块、 图 像识别与处理模块。根据异物运动连续性和噪声运动 无序性 等特 点 ，提 出了改进 的三次 差 分算 法 和 能量 累 积来 提取 运动 杂质 ， 然后 采 用基 于 ＳＦ ＩＴ特 征 的 Ｍｅｎ ａ—
第 ２ 第 ３期 Ｏ卷
２ ０１ 年 ６ 息 技 术
Ｖ０ ．Ｏ Ｎｏ３ １ ． ２
Ｃｏ ｏ ｔｒ ａ ｄ Ｉ ｆｒ ｔ ｎ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｖ ｍ ｕ ｅ ｎ ｎ ｏｍａｉ ｃ ｎ ｌａ ｏ
Ｊｎ ２ １ ｕ ．０２
文章 编号 ：０ ５ １２ （０ ２）３ ０ ２ — ３ １０ — ２ ８ ２ １ ０ — ０ ４ ０
Ｓｉ 算法 对杂质 进行 跟踪 ， ｈ ｔ ｆ 最后 检测 出杂 质情 况 ， 由 并 此判断 出产 品质量 是否合 格 。本文 主要 探 讨 核心 算法
的实现 。
该设备采用视觉传感、 数字图像处理、 模式识别与 人工智能等技术的非接触检测 ，其原理是通过对药品 图像进行分析从而得到所需的检测信息 。此系统与原
种 跟 踪 方法 ，最后 采 用 一 基 于 ＳＦ ＩＴ特征 的 Ｍｅｎ ｈｔ ａＳｉ ｆ 运 动 目标 跟踪方 法对 运动 物体 进行 跟踪 。
Ｄ ｘ ， １ ＝ｄ ｘ ， １一 （， ｔｌ （， ｔ ） ｌ（，ｔ ） ｄ ｘＹ ） Ｙ＋ Ｙ＋ ，
（） ４
其中 ｆ ，ｔ （Ｙ ） ｘ ，为经过 ４ 口的中值滤波后的第 ４窗 Ｘ ｔ 帧图像 ， 当然它分别含有的是第 ｔ 帧的运动物体 。 （， ｄｘ
异物跟踪是在药液序列 图像的基础上进行的 ， 设 计的异物跟踪算法框架如图 １ 所示 ：
画
可 的
圉圃
— 匝
差分提取运动信息。三次差分图像包含了当前帧的运 动物体和它前两帧的运动物体 ，然后通过与它后两帧
的三 次差分 图像 取一个 交集 ，然后 通 过剔 除 这个 交集 就可 以提取 当前 帧前两 帧 图像 的运 动 信息 。
的 运目｛ 长比 嚣踪配动标 广 瓦 区 跟 轰 ｌ ｌ 觅
（） ２
（） ３
图 １ 跟踪 算 法框 架
通过改进的三帧差分检测算法来提取运动杂质 ， 然后对其进行跟踪 ，最后在利用跟踪对检测出来 的杂 质做一些处理 ： 一方面对提取的运动杂质进行优化处 理（ 运动检测时可能会有漏检 ）另一方面对运动杂质 ， 进行 一些 判别 （ 以通过 判 断其运动 轨迹 ， 剔 除气 泡 可 来 等等 ） 。在运动 目 的检测阶段 ， 标 研究了多种常见的运 动 目标检 测方 法 ，最后 提 出改进 的三 帧差分 法 的运动 目标检测。 在可见异物提取阶段 ， 探讨 了目 前存在的各
第２ ０卷第 ３ 期
欧
青等 ： 医用药剂 中可见异物 自动化检测研究
用异物 目标运动轨迹 的连续性和规律性检测它们 ， 必 须倒置输液或旋转输液 ， 让可见异物悬浮在药液中 。 为了便于机构设置和图像采集 ，设计 了专用的紧压式 旋 转托 盘旋 转输 液 ， 将异 物搅 动起来 ， 在输液 药瓶 旋 并 转停止后 ， 采集图像信息 ， 获得异物做离心旋转运动 的
Ｋｅ ｒ ｓ ｍ ｃ ｉ ｅｖ ｉ ｎ ｖｓ ｌ ｉ ｐ ｒ ｓ ｅ ｔ ｎ ｉ ａ ｅｓｑ ｅ ｃ ｓ ｈｒ —ｄｆ ｒ ｎ ｅ ｉ ｐ ｒ ａ ｋ ｎ ｙｗｏ ｄ ： ａ ｈ ｎ ｉ ｏ ； ｉ ｂ ｅｍ ｕ ｔ ｉ ｐ ｃ ｏ ； ｓ ｉ ｉ ｎ ｙ ｉ ｍ ｇ ｅ ｕ ｎ ｅ ｉ ｔ ｄ ｉｅｅ ｃ ； ｍ ｕ ｔ ｔｃｉｇ ｉ ｙ ｒ
医用 药 剂 中可见 异 物 自动 化检 测研 究
欧 青 任艳 霞 ｚ ， ， 任艳 阳 ｔ ， 赵文静 １
（． １中南大学物理与电子学院 长沙 ４ ０８ １０ ３；２国核工程有限公 司 上海 ２ ０ ３） ． ０ ２３ 摘 要： 针对国￥Ａ． 药品检测的低效率、 １ ＿ ｒ － 低准确率的不足， 文章介绍 了一套根据 国家行 业标准设计的基于智能机 器视 觉
１ 跟踪算法框 架设计
当药瓶处于静止的时候 ，可见异物一般会沉在瓶 底或 附在瓶 壁 ， 易实现 自动视觉 检测 。因此 ， 了利 不 为
始 的人工检测相 比， 极大地提高了检测速度 、 效率和可 靠性 ， 避免 了人工检测的不稳定和效率低 ， 检测方法和
收 稿 日期 ： ０ １ ０ — ４ ２ １－ ３ １
的 可见 异 物 自动 化 检 测 系统 。该 系统 主要 包括 机 械 传 动模 块 、 电气控 制 模 块 、 图像 识 别 与 处理 模 块 。根 据 异 物 运 动 连 续性
和噪声运动无序性等特点 ， 出了改进的三次差分和能量 累积算法来提取运动杂质 ， 采用基 于基 于 ＳＦ 提 然后 ＩＴ特征 匹配和
ｍ ａｎ ｙ ｉ ｃｕｄ ｓ ｍ ｅ ｈ ｎ ｃｌ ｔａ ｍ ｉｓｏｎ ｍ ｏｄ ｌ ，ｅｅ ｔｉａ ｃ ｒ ｌ ｙ ｔ ｍ ｍ ｏ ｌ ａ ｄ ｍ ａ ｅ ｏｃ ｓｉ ｏｄ ｅ ｉｌ ｎ ｌ ｅ ｃ ａ ｉ ａ ｒｍ ｓｉ ｕ ｅ ｌｃｒｃ ｌ ｏｎｔｏ ｓｓｅ ｄｕｅ ｎ ｉ ｇ ｐｒ ｅｓｎｇ ｍ ｕｌ．Ａｃ ｏ ｄｎｇ ｃｒ ｉ ｔ ｔ ｆａｕｒ ｃ ｔｎｕｔ ｏ ｍ ｐ ｉｔｅ ｏ ｍ ｅ ａ ｄｓｏｎ ｉ ｉｙ ｏｆｎｏｓ ｏ ｍ ｅ ｕ ｉ ｈ ｔｉｄ ｆｅ ｅ ｅ ｏ ｈｅ ｅ ｔ ｅ：ｏｎ ｉ ｉｙ ｆ ｉ ｕｒｉ ｓ ｍ ｖｅ ｎｔ ｎｄ ｉｃ ｔｎｕｔ ｉｅ ｍ ｖｅ ｎＬ ｓｎｇ ｔ ｅ ｈｒ ｄｉ ｒ ｎｃ ｗｉｈ ｈ ｔ ｔ ｅ ｅ ｒ ａ ｃ ｎｅ ｇ ｙ ｃ ｕｍ ｕａｉ ｎ ａｇｏ ｔ ｍ ｄｅｅ ｔ ｐａ ｔ ｌｓ ｔ ｅ ｕｓ ｔ ＳＩ Ｔ ｆａ ｒｓ ｎ Ｍ ｅ ｎ ｉ ａｇ ｒｔｍ ｔ ｔａ ｋ ｍ ｐｕ ｔｅ， ｌｔｏ ｌ ｒｈ ｉ ｔ ｃｓ ｒｉ ｅ， ｈ ｎ ｃ ｅ ｈｅ Ｆ ｅ ｔ ｅ ａ ｄ ｕ ａ Ｓｈｆ ｌ ｏ ｉｈ ｉ ｏ ｒ ｃ ｉ ｉ ｒｉ ｓ
序 列 图像 。
３ 可 见 异 物 的检 测
可见异物的提取是为了将运动杂质从背景 中区分 开。 常用的方法为连续帧间差分法 ， 它对于动态环境有 很好的适应性 ， 缺点是分割运动对象不是很方便。 对此 缺 点 我们 采 用基 于 帧 间差 分法 的三 次 差 分 ， 能 量 蜊与
累积算法 Ｉ来 实现对 异 物 目标 的提 取 。就 是 通过 运 动 ｌ ｏ Ｊ
ｄ ｘ ， ＝ｆｘ ， 一（ ，ｔ １ Ｉ （，ｔ ｔ ，ｔ ｆｘ ， ） ｙ ） （ Ｙ ） Ｙ一
ｄ ｘ ， １＝ｆｘ ， １一 （，ｔＩ （，ｔ ） ｌ ，ｔ ） ｆｘ ， ｙ＋ （ Ｙ＋ ｙ）
！ ｌ 竺
髓 基Ｓ特区和 Ｌ积小 于Ｆ 征配 Ｉ＿ 大 Ｉ Ｔ ｒ 面厂 — —
ｓ ｔｍ ｃ ｕｒｃ ａｅ ｃ ｎ ｅａ ｈ ９ ％ ．Ｉ ａ ｍ ｅ ｔ ｒ ｑ ｉｅ ｅ ｓ ｆｍ ｏｓ ｎ ｅｐｒｓ，ａ ｄ ｎ ｍ ｏｓ ａｅ ｃ ｎ ｒ ｐｌｃ ｈ ｉｇｎａ ｙｓｅ ａ ｃ ａ ｙ ｒ ｔ ａ ｒ ｃ ０ ｔｈ ｓ ｅ ｅ ｕｒ ｍ ｎｔ ｏ ｔ ｅ ｔ ｒ ｉｅ ｎ ｉ ｔ ｃ ｓ ｓ ａ ｅ ａ ｅ ｔ ｅ ｏｒ ｉ ｌ ｍ ａ ｕａ ｅｔｎｇ ｎ ｌｔ ｓ ｉ ．
ｉ ｌ ｄ ｔｃ ｈ ｘ ｒｃ ｅ ｍｐ ｒ ｓ ｎ ｎ ｕ ｅ ｈ ｒ ｔ ｅ ｐ ｏ ｕ ｔ ｉ ｕ ｌ ｄ ｆ ａｌ ｅｅ ｔ ｔ ｅ ｅ ｔａ ｔｄ ｉ ｕｉ ｅ，ａ ｄ ｆ ｄ ｏ ｔ ｗｈ ｔ ｅ ｈ ｒ ｄ ｃ ｓ ｑ ａｉ ｅ ．Ｅｘ ｅｉ ｅ ｔｌ ｒ ｓｌ ｈ ｗ ａ ｅ ｎ ｙ ｉ ｔ ｉ ｉ ｆ ｐ ｒ ｎ ａ ｅｕ ｔ ｓ ｏ ｔ ｔ ｔ ｍ ｓ ｈ ｈ
ｙ） ， 就是第 ｔ ｔ 帧和第 ｔｌ — 帧的差分图像。它含有第 ｔ 帧 和第 ｔ１ 一 帧的运动物体。最后 ， （，ｔ１是 ｄｘ ， １ Ｏ ｘ ， ） （，ｔ ） Ｙ＋ Ｙ＋ 和 ｄｘ ， 的差分 图像 。而 Ｏ ｘ ， １含有 的是第 ｔｌ （，ｔ Ｙ） （，ｔ ） ｙ＋ ＋ 帧和第 ｔ１ 一 帧的运动物体。 采用基于帧间差分法的二次差分与能量累积算来 实现对异物 目 的检测 ， 标 检测结果如图 ２ 所示 。 该算法 实现简单 ， 程序设计复杂度低 ， 对动态环境有较好 的适 应性 。 接下来再采用基于迭代法的 自动阈值分割图像 ， 将背 景 和 目标完 全分 离开 ， 图 ３ 示 。由于得 到 的二 如 所
（． ｐ ｒ ｎ ｆ ｈｓ ｓ ｎ ｌｃ ｏ ｉ ， ｎ ａ Ｓ ｕｈＵｎ ｅｓｙ Ｃｈｎｓａ４０ ８ ， ｉａ： １ Ｄｅａｔ ｔ Ｐ ｙｉ ｄＥｅｔ ｎｃ Ｃｅｔ ｌ ｏ ｔ ｉ ｒｔ， ａｇｈ １０ ３ Ｃｈｎ ｍｅ ｏ ｃａ ｒ ｓ ｒ ｖ ｉ
２ Ｓａ ｃ ａ ｏ ｒ ｎ ｉｅｒ ｇＣｏ ａ ｙ Ｓ ａ ｇ ａ ２ ０ ３ ， ｈｎ ． ｔ ｅＮｕ ｌ ｒ ｗｅ ｇｎ ｅｉ ｍｐ ｎ 。 ｈ ｎ ｈ ｉ ０ ２ ３ Ｃ ａ） ｔ ｅ Ｐ Ｅ ｎ ｉ Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ａｃ ｏ ｄｎ ｏ ｔ ｅ ｎ ｔ ｎ ｌ ｓ ｎ ａｄ ｆ ｐ ｏ ｕ ｔ ｎｏ ｒ ｔａ ｄ ｓ ｎ ａ ａ ｔ ｍａｉ ｍｐ ｒ ｄ ｔ ｃ ｎ ｙ ｔｍ ａｅ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｈ ａ ｏ ａ ｔ ｄ ｒ ｓ ｏ ｒ ｄ ｃ ｏ ，ｕ ｅ ｍ ｅ ｉ ｕ ｏ ｔ ｉ ｕ Ｗ ｅ ｅ ｔ ｇ ｓ ｓ ｉ ａ ｉ ｇ ｃ ｉ ｉ ｅ ｂｓ ｄ ｏ ｎ ｅ ｉ ｅ ｔ ｖ ｓ ａ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｇ ｉ ｓ ｔ ｅ ｌｗ ｆ ｃｅ ｃ ｎ ｏ ａ ｃ ｒｃ ｆ ｄ ｍｅｔ ａｔ ｃａ ｅ ｅ ｔ ｎ ｎ ｉ ｔ ｌ ｇ ｎ ｉ ｌ ｃ ｎ ｌ ｇ ，ａ ＝ ｎ ｔ ｈ ｏ ｅ ｉ ｎ ｙ ａ ｄ ｌ ｗ ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ｏ ｓ ｃ ｒｉ ｉ ｄ ｔ ｃ ｏ ．Ｔｈ ｙ ｔｍ ｌ ｕ ｔ ａ ｉ ｉ ｉ ｆ ｌ ｉ ｅ ｓｓ ｅ
Ｍ ｅ ｉａｌ ｄｃ Ｐｈａ ｍ ａ ｙ Ｖｉｉ ｌ ｒ ｉ ｎ ａ ｔ ｒｉ ｈｅＡｕｔ ｍ ａ ｅ ｎ ｐｅ ｔｏ ｒ ｃ ｓｂ ｅ Ｆｏ ｅ ｇ Ｍ ｔｅ ｎ ｔ ｏ ｔｄＩ ｓ ｃｉ ｎ
ＯＵ ｎ １Ｐ Ｑｉｇ， Ｙ ｎ 嫡ａ ＲＥ Ｙａ — ａ ｇ， ＨＡ ｗ ｅ －ｉｇ ＥＮ ａ 一 ２ Ｎ ｎ ｙｎ Ｚ Ｏ ｎ ｊ １ ｎ
作者 简介 ： 欧青 （９ ０ ） 女 ， １９ 一 。 湖南衡阳人 ， 本科生 ， 主要研究方向 ： 电子信息 ； 任艳霞（ ９ ２ ）女 ， １ ８ 一 ， 山西 吕梁人 ， 工程师 ， 硕士 ， 主要 研究方 向： 电力 自动
化； 任艳 阳（９９ ） ， １８一 ， 山西 吕梁人 ， 男 本科生， 主要研究方向 ： 电子信息 ； 赵文静（９ ９ ）女 ， １８一 ， 河南石家庄人 ， 生 ， 本科 主要研究方 向 ： 电子信 息。
最邻近 匹配的 目标跟踪算法对杂质进行跟踪 ， 获取 杂质的大小和数 目并分析 出杂质总类， 最后检测 出杂质情 况。最后把检 测结果与 国家标 准进行比对， 判断出该药剂是否合格。测试表 明， 系统的检测准确率达 ９ ％ｖ＿．满足企业要 求， ０ Ｒ ．， ｋ 基本 能替
代人工检测。
关 键 词 ： 器视 觉 ； 机 可见 异 物检 测 ； 列 图像 三次 差 分 ； 序 异物 跟 踪 中 图 分 类 号 ：Ｐ ９ ．１ Ｔ ３１ ４ 文 献 标识 码 ： Ａ